關于Sputtering工藝在液晶TFT生產中的應用

（北京京東方顯示技術有限公司，北京 100176）

0 引言

ITO為上世紀70年代得到研發的一種材料，是持有導電性及高透過度的物質，是Indium Tin Oxide的簡稱。常用在液晶屏的電極、有機EL屏的電極、觸摸屏電極等用途。從特性上來看，該種玻璃膜層電阻率能夠達到10-4Ω°cm，具有良好導電性，并且耐磨、耐腐蝕，具有較好加工性，能夠達到85%的可見光透過率，紅外線反射率可達80%以上，紫外線吸收率可達85%以上，微波衰減率則能達到85%以上[1]。

1 ITO薄膜形成方法

真空成膜技術分為利用粒子物理運動的物理氣象成長發和利用化學反應的化學氣象成長法兩種。

圖1 ITO薄膜形成方法分類

現階段，國內主流液晶面板生產主要以DC Sputtering法為主流，本文重點介紹DC Sputtering法。

1.1 DC Sputtering的基本機理

在等離子的放電過程中，陽離子的陰極（靶材）撞擊，通過這個能量，靶材的原材料濺射到基板上形成薄膜的方法。如圖2所示，通過DC電源施加電壓，陰極會釋放電子，并與大氣中的分子離子反應形成放電空間。等離子體放電空間中的陽離子因被施加電壓加速撞擊靶材，使靶材原子或分子等濺射出來并在管面經過吸附、凝結、表面擴散遷移、碰撞結合形成穩定晶核，最后附著在基板表面，形成連續狀薄膜。

圖2 DC Sputtering原理示意圖

1.2 真空設備的功能

制作出混雜物少，貼合性好的優質ITO薄膜，需在高真空下進行。特別是Inline方式的Sputter設備，需要使Glass基板連續性的從大氣中移動到真空層，再從真空層移動到大氣中，為此也需要Loading，Unloading，chamber。比如loading chamber，需要使基板從高氣壓處移動到低氣壓處，即在有氣壓的差的空間內移動基板的目的。為此原理相似的代表性案例為巴拿馬運河的水閘，他是為了在有水位差的太平洋和大西洋之間航行的船只修建的。

圖3 巴拿馬運河的水閘示意圖

比較例子：

把B的水位調成與A一樣→打開水門①讓船移動到B→關閉水門①排水把B的水位調成與C一樣→打開水門②讓船移動到C。

對比Sputter設備：L/C調成為大氣壓→讓基板移動到L/C→密封L/C，排氣L/C調為真空→L/C讓基板移動到SP/C。

1.3 提高DC Sputtering工藝效率的方法

下面介紹，使電子更多的停留在靶材表面的機械裝置。如圖4所示，通過配置在靶材下面的磁鐵，磁感應線存留在靶材表面。首先滿足平行于該磁感應線靶材表面的成分，再滿足流向靶材的電流方向朝下等條件的情況下，適用于弗萊明左手定則，力量會增加到前面部分。由于從靶材放射出來的電子的移動方向與電流方向一致，其力量會增加到電子的同時改變電子的移動方向。因此電子移動方向的變化與磁感應線的方向一致，會使力量不斷的增加。電子則以畫圈的方式持續在靶材表面移動。綜上，通過提高靶材表面的電子的存在率，可在靶材表面形成高密度的等離子體放電現象。技師沒有磁場也可以形成薄膜。但成膜速度會大大降低。在有磁場的情況下，可以降低等離子體放電空間和阻抗和電壓。

圖4 感應線和磁場移動示意圖

1.4 其他Sputter方式探究

1.4.1 RF Sputter-加交流（高頻）方法

靶材和基板就近放置，在真空腔體和靶材上加高頻電壓。在交流電壓的作用下，粒子的加速方向取決于電壓。電子和離子中因電子可輕易移動到達導電性腔體的電子流入到電路中。靶材的電子因為沒有可移動的地方，密度升高。靶材偏向一側，離子被吸附在靶材側再進行濺射。

1.4.2 磁控管（Magnetron）濺射法

將基板和背面有磁鐵的靶材就近放置，外加電壓進行Sputtering，因磁場形成，電子對著磁力線以螺旋狀移動，等離子體發生在電子周圍，進行集中濺射。

1.4.3 離子束（ion beam）Sputter

離子束濺射是唯一不使用放電原理的濺射方法，從離子搶中射出的離子照射在靶材上進行濺射。DC Sputter等方式受離子中的離子或電子的影響但這種方式只選用進行Sputter時所需要的離子。為了讓離子槍持續射出離子，供給惰性氣體。其特點在于可在高真空中形成，混雜物較少，因有獨立ion源，容易設定條件。但該種設備成膜速度較慢，在TFT生產過程中，不予采用。

2 結束語

ITO是TFT領域中的重要環節，通過深入剖析ITO工藝制程及原理，可有效提高該工藝良品率，同時降低原材料的損耗。本文基于對ITO工藝制成的探究和理解，重點闡述了DC Sputtering的工藝原理，同時結合其他ITO制作方法，分析了各類工藝方法的利弊，為企業生產經營提供有利幫助。